JP3172901B2 - ボンデイング装置 - Google Patents

ボンデイング装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はネイルヘッド超音波併用
熱圧着ワイヤボンデイング装置、超音波ウエッジワイヤ
ボンデイング装置、シングルＴＡＢボンデイング装置な
どの半導体のボンデイング装置に係り、特に一方端に取
付けられたボンデイングツールと電歪素子又は磁歪素子
などの振動発生源とを具備する超音波ホーンに関する。
【０００２】
【従来の技術】例えば、従来のネイルヘッド熱圧着ワイ
ヤボンデイング装置は、図５に示すような構造になって
いる。即ち、ボンドアーム１には支軸２が固定されてお
り、支軸２は図示しないボンデイングヘッドに直接又は
リフタアームを介して回転自在に支承されている。ボン
ドアーム１には、超音波ホーン３のホーン支持部４が固
定されている。超音波ホーン３は、図示しないワイヤが
挿通されるボンデイングツール５を一方端に取付けたホ
ーン本体６と、このホーン本体６にねじ結合された振動
子７とからなっている。
【０００３】前記振動子７は、振動発生源８をランジュ
バン型と呼ばれるねじ止め方式で取付けた構造よりな
り、ホーン本体６に取付けるホーン取付け部材９と、両
端部にねじ部が形成されホーン取付け部材９にねじ結合
される振動発生源取付け軸１０と、この振動発生源取付
け軸１０に嵌挿された絶縁パイプ１１と、ドウナツ形の
電歪素子又は磁歪素子を絶縁パイプ１１に嵌挿して複数
個積層した振動発生源８と、振動発生源取付け軸１０に
ねじ結合して振動発生源８を締め付けるナット１２とか
らなっている。
【０００４】従って、従来の超音波ホーン３は、振動発
生源８をホーン支持部４から見てボンデイングツール５
側と反対側に取付けられている。また振動子７は、振動
発生源８の両側にホーン取付け部材９とナット１２を取
付けて所望の周波数に調整したものとなっており、振動
子７の音響的長さは、１／２波長の正数倍でなければな
らないが、この構造においては長く延ばす必要がないの
で１／２波長の長さのものが用いられている。そして、
振動子７は、解放端１３が振動の腹（振幅が大）になる
と同時にホーン取付け部材９のホーン取付け部１４も腹
となって取付けが容易になっている。
【０００５】次に作用について説明する。振動発生源８
の振動が超音波ホーン３全体に伝わって超音波ホーン３
の中で定在波の振動を作り、ボンデイングツール５に必
要なエネルギーを供給する。無負荷の状態（ボンデイン
グしていない状態）では、エネルギーは安定した状態で
蓄えられており、精巧に作られた超音波ホーン３ではホ
ーン支持部４に節ができるような寸法になっているの
で、超音波ホーン３をボンドアーム１に取付けた状態で
もホーン支持部４の運動は小さく損失が少ない。この無
負荷の状態では、超音波ホーン３は音叉のように動作
し、ホーン支持部４は左右からの振動を対称に受けて左
右には動かない。振動発生源８は、通常定電流駆動など
により振幅が規定の値になるように駆動されており、ボ
ンデイングツール５を通してボンデイングのためにエネ
ルギーが使われると、振動発生源８側とボンデイングツ
ール５側のエネルギーの均衡が破れて振動の節が運動
し、均衡に必要なエネルギーを送り込む。このようにし
て超音波を利用したボンデイングが行なわれる。
【０００６】従来の超音波ホーン３は、ホーン軸心に対
してほぼ線対称で、その先端部にはボンデイングツール
５が軸心に非対象に取付けられている。このため、超音
波ホーン３は軸心方向の伸び縮みの運動のみを行ってボ
ンデイングツール５を水平に移動させることにより、ボ
ンド面にエネルギーを注入しようとするが、ボンデイン
グツール５とボンド面の抵抗により、実際のボンデイン
グツール５先端の動作は、水平以外の成分を含んだ制御
がされないものとなる。即ち、負荷やボンデイングツー
ル５に依存したボンデイングが行われる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ところで最近、半導体
デバイスの高密度化に伴い、パッドの材質に高密度配線
を可能とするための各種元素が添加されることが多くな
った。それに伴いパッド表面の形状、酸化膜の構造が多
様となってボンデイング品質の維持が難しくなってき
た。ボンド不良の原因は、パッドの材料とワイヤの材料
の拡散の難しさと酸化膜の破壊の難しさによるものが主
であると考えられるが、それを解決する方法は、パッド
表面の状態に関わらず必要充分な超音波エネルギーを与
えることである。本願発明者らは、実験を通して従来の
ように軸心に対して対称構造を持つ超音波ホーン３で
は、ボンド面の状態に関係なく安定した超音波エネルギ
ーをボンド面に注入することができないことを発見し
た。
【０００８】この原因について調査したところ、次のこ
とが判明した。パッドの表面はドープされた材質の結晶
や、それらの酸化物によって様々な形状になり、時には
剣山のようにボール（ボンデイングツール５に挿通され
たワイヤの先端に形成されたボール）が滑りにくい構造
となってしまうこともある。しかるに、従来の超音波ホ
ーン３は、振動方向が前記したように超音波ホーン３の
軸心方向、即ちスクラブ方向のみが重視されているた
め、軸心方向の力（エネルギー）をボンデイングツール
５に与えるだけでは、ボンデイングツール５先端のボー
ルの摩擦運動が安定して行われにくく、安定した接合エ
ネルギーを与えることができなくてボンド不良が発生し
た。
【０００９】本発明の目的は、ボンド面に安定した接合
エネルギーを与えることができ、接合に必要な合金の均
一な生成を可能とし、ボンデイング品質の向上が図れる
超音波ホーンを備えたボンデイング装置を提供すること
にある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の構成は、一方端に取付けられたボンデイング
ツールと、電歪素子又は磁歪素子などの振動発生源とを
具備する超音波ホーンをボンドアームに取付けたボンデ
イング装置において、前記超音波ホーンは、振動の上下
方向の成分を調整する上下方向振動調整部を有し、前記
上下方向振動調整部は、超音波ホーンの振動の腹又は節
部分の上下を非対称形状に形成するか、若しくはホーン
本体の軸心と振動子の軸心を上下にずらして取付けるこ
とにより形成してなることを特徴とする。
【００１１】
【作用】超音波ホーンの超音波発生源による振動方向
は、超音波ホーンの振動の腹又は節部分の上下を非対称
形状に形成するか、若しくはホーン本体の軸心と振動子
の軸心を上下にずらして取付けることにより形成するこ
とによって軸心方向の他に上下方向の成分を調整してボ
ンデイングツール先端の運動を安定させる。即ち、軸心
方向の振動成分と上下方向の振動成分の調整とによって
斜め方向の振動が制御され、ボンド面とボールとの間の
接合エネルギーの印加が安定して行われる。
【００１２】
【実施例】以下、本発明の第１実施例を図１により説明
する。なお、図５と同じ又は相当部材には同一符号を付
し、その詳細な説明は省略する。本実施例は、超音波ホ
ーン３の先端部、即ちホーン本体６の先端部に錘２０を
取付けてなる。このように、ホーン本体６の先端部に錘
２０を取付けると、ホーン本体６の先端部は振動の腹部
分であるので、超音波ホーン３の軸心の上下のバランス
が調整され、超音波ホーン３の超音波発生源８による振
動方向は、軸心方向の他に錘２０による上下方向の成分
が発生する。即ち、軸心方向の振動成分と、錘２０によ
る上下方向と、ボンデイングツール５により元々存在す
る上下方向の振動成分とによってボンデイングツール５
先端は安定した振動となり、ボンド面が剣山のようにな
っていても、ボンド面とボールとの摩擦抵抗にかかわず
接合エネルギーの印加が安定して行われる。
【００１３】実験の結果、従来の超音波ホーン３では、
ワイヤ先端のボールを接合面に圧着した場合、円どうな
つ形に圧着されて、中央部付近の合金ができにくく、ボ
ール外周の接合面は、合金ができやすかったのに対し
て、本実施例によると全面にわたって合金が均一にでき
た。高密度半導体デバイスに要求される小さな接合面積
のボールや、クラックの生じやすい半導体デバイス等で
はボール全面に接合力を分散することは重要であり、そ
の効果は大きい。
【００１４】図２は本発明の第２実施例を示す。本実施
例は、超音波ホーン３の後端部、即ち振動子７のナット
１２に錘２０を取付けてなる。超音波ホーン３の後端部
は、振動の腹部分であるので、この後端部に錘２０を取
付けても前記実施例と同様な効果が得られる。
【００１５】ところで、超音波ホーン３は、振動の腹と
節を複数作るので、錘２０は図１及び図２に示すように
超音波ホーン３の先端部又は後端部である必要はなく、
超音波ホーン３の途中の腹又は節部分に設けてもよい。
また錘２０の突起に代えて窪みを形成してもよい。また
突起又は窪みは超音波ホーン３の上面ではなく、下面に
設けてもよい。または比重の異なる金属を上下面に設け
てもよい。即ち、振動の腹又は節部分の上下を非対称形
状に形成することにより、振動の上下方向の成分を調整
する上下方向振動調整部を形成することができる。
【００１６】図３は本発明の第３実施例を示す。本実施
例は非対称形状をホーン支持部４に設けたもので、ホー
ン支持部４を超音波ホーン３の軸心３ａに対して偏心量
ｅで偏心４ａさせてなる。即ち、ホーン支持部４の振動
伝達部４ｂが軸心３ａの上下で長さが異なるので、軸心
３ａの上下の振動伝達部４ｂにおけるホーン本体６への
エネルギーの伝達が異なり、振動方向は軸心方向の他に
上下方向の成分が発生する。従って、本実施例のように
構成しても前記各実施例と同様な効果が得られる。
【００１７】図４は本発明の第４実施例を示し、上下方
向振動調整部の形成方法の他の実施例を示す。ホーン本
体６の軸心６ａに対して振動子７の軸心７ａを上下方向
にずれて組立られている。本実施例の場合は、振動子７
の軸心７ａの振動がホーン本体６に斜め方向の振動とし
て伝達され、上下方向の振動が制御される。従って、本
実施例のように構成しても前記各実施例と同様な効果が
得られる。
【００１８】
【発明の効果】本発明によれば、超音波ホーンは、振動
の上下方向の成分を発生させる上下方向振動調整部を有
し、前記上下方向振動調整部は、超音波ホーンの振動の
腹又は節部分の上下を非対称形状に形成するか、若しく
はホーン本体の軸心と振動子の軸心を上下にずらして取
付けることにより形成してなるので、ボンド面に安定し
た接合エネルギーを与えることができ、接合に必要な合
金の均一な生成を可能とし、ボンデイング品質の向上が
図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明になるボンデイング装置の超音波ホーン
の第１実施例を示す側面図である。
【図２】本発明になるボンデイング装置の超音波ホーン
の第２実施例を示す側面図である。
【図３】本発明になるボンデイング装置の超音波ホーン
の第３実施例を示す要部断面図である。
【図４】本発明になるボンデイング装置の超音波ホーン
の第４実施例を示す要部断面図である。
【図５】従来のボンデイング装置の超音波ホーン部分の
要部断面図である。
【符号の説明】
１ ボンドアーム ３ 超音波ホーン ４ ホーン支持部 ５ ボンデイングツール ６ ホーン本体 ７ 振動子 ８ 振動発生源 ２０ 錘
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−29357（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−196533（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−204300（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−112281（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/60 H01L 21/607

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 一方端に取付けられたボンデイングツー
    ルと、電歪素子又は磁歪素子などの振動発生源とを具備
    する超音波ホーンをボンドアームに取付けたボンデイン
    グ装置において、前記超音波ホーンは、振動の上下方向
    の成分を調整する上下方向振動調整部を有し、前記上下
    方向振動調整部は、超音波ホーンの振動の腹又は節部分
    の上下を非対称形状に形成してなることを特徴とするボ
    ンデイング装置。
  2. 【請求項２】 前記非対称形状は、錘の突起又は窪み若
    しくは比重の異なる金属を組み込んで形成してなること
    を特徴とする請求項１記載のボンデイング装置。
  3. 【請求項３】 前記非対称形状は、ボンドアームに固定
    する超音波ホーンのホーン支持部を上下に偏心させて形
    成してなることを特徴とする請求項１記載のボンデイン
    グ装置。
  4. 【請求項４】 一方端に取付けられたボンデイングツー
    ルと、電歪素子又は磁歪素子などの振動発生源とを具備
    する超音波ホーンをボンドアームに取付けたボンデイン
    グ装置において、前記超音波ホーンは、振動の上下方向
    の成分を調整する上下方向振動調整部を有し、前記上下
    方向振動調整部は、ホーン本体の軸心と振動子の軸心を
    上下にずらして取付けることにより形成してなることを
    特徴とするボンデイング装置。
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